植物抗病过程中的活性氧代谢（一）植物抗病过程中活性氧的产生及相关酶

活性氧是生物体内含有氧原子但较分子氧有更活泼化学性质的氧的代产物及其衍生物。植物体内的活性氧主要包括:超氧物阴离子自由基(O·-2)、过氧化氢(H2O2)、羟自由基(·OH)、单线态氧(·O2)及一些脂类过氧化产物(如:R,ROO等自由基及ROOH)等[1、2、3、4]。植物体内活性氧含量过高会给植物带来巨大的伤害。一方面,活性氧可直接攻击核酸与蛋白质,造成细胞功能絮乱。另一方面,过量的活性氧可引发生物膜中不饱和脂肪酸的过氧化作用,造成对生物膜的损伤。近年来,一些研究者发现植物在抵御病原菌侵染的过程中也能产生和累积活性氧,引起了人们…     

NbRbohB基因在本氏烟与疫霉菌互作中的功能分析

活性氧(active oxygen species, AOS)在植物抗病中发挥着重要作用,主要由NADPH氧化酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase)系统产生.为明确NADPH氧化酶NbRbohB基因在本氏烟与疫霉菌亲和与非亲和性互作中的功能,采用荧光定量PCR技术以及病毒诱导的基因沉默方法探究了NbRbohB基因在本氏烟中对2种疫霉菌抗性中的作用,并利用NADPH氧化酶抑制剂对辣椒疫霉的抗性进行了检测.结果发现:2种疫霉菌均能诱导本氏烟发生氧迸发,且NbRbohB基因可能参与了疫霉菌诱导本氏烟发生的氧迸发过程.该基因沉默后降低了本氏烟对亲和互作辣椒疫霉菌的抗性,但对非亲和互作疫霉菌的抗性没有肉眼可见的影响;NADPH氧化酶抑制剂处理本氏烟后也能降低其对辣椒疫霉的抗性.表明该基因通过介导AOS产生,参与植物对亲和性与非亲和性互作疫霉的抗病反应,在亲和互作中尤为重要.     

小麦抗条锈反应中活性氧及细胞质钙离子的作用

 为探讨活性氧和细胞质钙离子在小麦抗条锈病反应中的作用,以小麦品种洛夫林13与具有不同致病力的单孢锈菌CY29、CY25的互作体系为平台,对锈菌侵染后小麦叶片中活性氧(ROS)积累、保护酶系(SOD、CAT和APX)活性变化动态、细胞质膜的透性改变及细胞质钙离子浓度变化做了研究。结果表明,不亲和锈菌CY25侵染可引起小麦叶片内2次ROS的爆发,第1次出现在接种后前期(接种后第2天),强度较小,第2次出现在接种后期(接种后第5天),强度较大;亲和锈菌CY29侵染只引起1次ROS爆发,出现在接种后期(接种后第5和第6天之间),但强度极大。过敏性坏死反应HR只出现在不亲和互作小麦叶片上前期ROS爆发之后,表明前期ROS爆发与HR的产生有关。伴随着后期小麦叶片中强度极高的ROS的爆发,叶片细胞原生质膜遭到了破坏,细胞内物质外渗,细胞不久便死亡,表明高强度的ROS爆发会导致细胞死亡。根据不同互作体系ROS爆发时期SOD、CAT和APX等保护酶的活性变化分析,不亲和互作体系前期强度较小的ROS爆发主要成分是H₂O₂,后期强度较高的ROS爆发主要成分是O₂^-_·和H₂O₂;亲和互作体系强度极高的ROS爆发主要成分是O₂^-_·和H₂O₂。由此说明H₂O₂是引起小麦抗病反应HR发生的因素,而O₂^-_·则是引起细胞死亡的因素。细胞质钙离子浓度变化研究表明,HR的发生与细胞质钙离子浓度增加相关。细胞质钙离子浓度的降低推迟了HR的发生,这说明小麦叶片细胞内细胞质钙离子浓度的增加是HR的必要条件,同时也说明Ca²⁺是植物HR的胞内第二信使参与植物抗病防卫反应。     

激发素与植物互作及抗病防卫信号传导

激发素是一类由疫霉属Phytophthora等真菌分泌的,可诱导茄科、十字花科等植物过敏性反应和系统获得抗病性的蛋白类激发子.激发素与植物的互作系统为研究植物抗病防卫信号传导途径提供了一个极好的模式.最近发现:激发素具有转移甾醇的活性,而形成甾醇和激发素复合物又是激发素与受体蛋白互作和激活抗病防卫信号传导途径的前提条件,也是对最近提出的病原激发子与受体互作"保卫假说"的支持.用125I标记法,找到了激发素的受体蛋白,由分子量约为160kD和50kD的2个亚基构成,被认为是Ca2 通道.在激发素激活的烟草抗病防卫信号传导途径中,蛋白质的磷酸化起着至关重要的作用,抑制蛋白激酶的活性,可阻止离子交换、活性氧进发、植保素合成等多种防卫反应;Ca2 参与诱导活性氧进发和植保素合成,活性氧进发与细胞死亡相关连,而植保素的合成与活性氧进发无关,过敏性反应对抗病防卫反应的建立不是必需的.激发素抗病基因工程在广谱抗病育种中具有广泛的应用前景.     

植物抗病激活剂诱导植物抗病性的研究进展

植物抗病激活剂本身及其代谢物无直接的杀菌活性,但可刺激植物的免疫系统而诱导植物产生具有广谱性、持久性和滞后性的系统获得性抗病性能(SAR).植物抗病激活剂的诱导除了可以引起植物富含羟脯氨酸糖蛋白(HRGP)的变化,导致木质素在细胞壁沉积,使植物形成物理防御机制外,经植物抗病激活剂诱导后的植株能导致内源水杨酸(SA)的累积、形成氧化激增,植物局部细胞程序化死亡而产生过敏反应(HR),植物抗病激活剂诱导后产生的抗病信号经内源信号传导物质SA、茉莉酸(JA)、乙烯(Et)和一氧化氮(NO)可传导到达整个植株,经过一系列抗病相关基因的调控和表达可引起寄主防御酶系如苯丙氨酸解氨酶(PAL)、β-1,3-葡聚糖酶(β-1,3-glucanase)、几丁质酶(chitinase)、过氧化物酶(POX)等以及抗病物质如木质素与植保素等的变化及病程相关蛋白(PRP)的调控与表达.文中讨论了植物抗病激活剂概念和种类及其诱导抗病作用的主导机制,指出了植物抗病激活剂的应用前景和发展方向及使用和研究开发中可能存在的问题与对策.     

水稻防御反应相关基因对稻瘟病菌的响应

水稻与稻瘟病菌的互作已成为研究植物与病原真菌互作的模式系统。利用RT-PCR技术检测了6个水稻品种(分别含有抗病基因Pik-s、Pita、Pit、Pi1、Pi9的近等系及回交亲本丽江新团黑谷LTH)与稻瘟病菌互作过程中多个信号相关及PR基因的表达。结果表明带有稻瘟病抗性基因Pik-s、Pita、Pit的水稻品种和LTH对稻瘟病菌#626侵染表现为亲和互作,带Pi1和Pi9的水稻品种表现为非亲和互作;稻瘟病菌接种后,亲和互作中MAPK6和MAPK12表现为上调表达,带有抗性基因Pi9的水稻品种IRBL22中BIMK2表现为上调表达。总体来看,含有不同抗病基因的水稻近等系中的PR基因对稻瘟病菌的响应较为多样,非亲和互作中在早期或早中期表现为PR基因上调表达,而亲和互作中主要在晚期上调表达,说明这些PR基因表达的时间在植物与病原互作的不同时期发挥着不同的作用。     

向日葵与锈菌互作过程中活性氧的积累

为了探讨向日葵品种与锈菌互作中活性氧的产生和积累与向日葵抗锈病性的关系,采用分光光度计法及联苯胺蓝(DAB)、氮兰四唑(NBT)染色法对过氧化氢(H2O2)及超氧阴离子自由基(O2-)诱导积累的过程进行了检测.结果表明:接种后抗、感病品种均出现H2O2和O2-双峰,侵染早期积累明显,最高峰出现在16 h,在抗病品种中活性氧产生和积累明显高于感病品种;在抗病品种中侵染位点活性氧的产生及积累较明显,接种后16h,侵染位点周围的染色范围较大,染色较深,H2O2及O2-的染色比例均达到最高,分别为65.5%和41%;而在感病品种的侵染位点没有检测到明显的活性氧积累.     

小麦-条锈菌互作过程中活性氧及保护酶系的变化研究

 对条锈菌与小麦不同互作体系中组织学特征、活性氧产生及其相关酶系的变化进行了研究。组织学观察表明:非亲和组合相对于亲和组合存在明显差异,表现为菌丝生长受抑,吸器母细胞和吸器形成减少,寄主细胞在接种后18h左右出现过敏性坏死。生化测定结果表明:在非亲和组合中,O₂^-的产生速率和H₂O₂的含量均高于亲和组合,且O₂^-产生速率在接种后12h达到一个峰值,H₂O₂的含量在接种后20和72h出现2个高峰。而在亲和组合中,O₂^-产生速率低于对照或与对照相似,H₂O₂的含量虽然高于对照,但却普遍低于非亲和组合;SOD在亲和组合中的活性总体上要高于非亲和组合;接种24h后,CAT在2种组合中的活性均高于对照,在接种后36和48h时,亲和组合中的CAT活性高于非亲和组合,而在接种60h后又开始低于非亲和组合;POD活性在接种24h后均明显升高,但亲和组合中POD活性增幅大;MDA在非亲和组合中于接种后72h含量明显上升。结果表明,亲和与非亲和组合中条锈菌扩展、活性氧的产生及相关酶活变化都存在明显差异,这些差异与小麦抗锈性的表达可能有密切联系。     

植物病原细菌Ⅲ型效应子的双向作用

病原细菌Ⅲ型效应子对寄主植物防卫反应的抑制和诱导决定了互作中植物抗(感)病性状。本文概述了植物病原菌Ⅲ型效应子抑制和诱导寄主植物防卫反应的双向作用,所涉及的抑制和诱导作用主要包括植物过敏反应、植物细胞壁介导的防卫反应以及植物抗病信号介导的抗性反应等。本文还对植物病原菌Ⅲ型效应子双向作用的研究和应用进行了展望。     

植物抗病性分子机制

 植物对病原物的反应有抗病和感病两大类。从寄主-病原物相互作用角度,抗病反应又叫非亲和性反应,这一系统以寄主抗病和病原物无毒性为特征,寄主植物对病原物有抑制、排斥或减毒作用,病害不发生或受到限制;感病反应又叫亲和性反应,其特征是寄主感病和病原物毒性,结果严重发病。     

植物-植食性昆虫互作关系中早期信号事件研究进展

诱导防御反应的产生取决于植物对植食性昆虫相关信号迅速和准确地识别。在植物与植食性昆虫互作过程中,早期信号事件是负责植物识别和触发下游信号转导途径的最早反应,它们发生在植物防御相关基因表达和防御相关代谢物产生之前,对植物的防御过程至关重要。本文将植物与植食性昆虫互作的早期事件,包括植物对植食性昆虫的感知、电信号和Ca~(2+)信号的产生和转导,活性氧的迸发以及促细胞分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号级联途径等研究进展进行了综述,并提出今后的研究重点与方向,促进对植物诱导防御反应调控网络的研究,以期为改进农业害虫的治理提供重要的理论和技术支撑。     

植物抗病基因研究进展

 植物抗病基因的研究是目前植物病理学科的热点及难点之一。R基因的克隆与鉴定促进了寄主与病原物互作分子机制研究的深入。本文就近几年来对植物R基因的克隆、结构与功能,R基因信号传导途径和R基因的进化等方面的研究进展作一评述。     

昆虫内共生菌-昆虫-植物互作关系研究进展

在长期的协同进化过程中,昆虫与其体内的共生菌建立了密切的互利共生关系。昆虫内共生菌不仅能调控宿主昆虫的营养代谢和生殖代谢,还能协助昆虫抵御生物、非生物胁迫,提高昆虫对化学农药的抗性及对寄主植物的适应性等。因此,内共生菌是宿主昆虫生长发育及适应性的重要调控因子。目前,随着组学技术的不断发展,内共生菌在宿主昆虫和寄主植物中的原位功能不断被挖掘,通过对内共生菌-昆虫-植物互作模型的研究,将进一步揭示昆虫内共生菌与昆虫、植物的互作机理,加深对昆虫适应性机制的理解并推进新型害虫防控和靶标技术的研发。本文就昆虫内共生菌的起源、特点、分布和传递,昆虫内共生菌在昆虫-植物-环境互作中的作用,以及昆虫内共生菌研究的方法和新技术等方面进行了综述,并对未来昆虫内共生菌介导的防御效应及昆虫适应性机理等热点问题进行了展望。     

番茄与白粉病菌互作反应中活性氧的积累

番茄白粉病菌Oidium neolycopersici是一种产生单生分生孢子的真菌,主要分布在欧洲、非洲、南北美洲和亚洲的一种世界性植物病害的病原菌~([1]).已有研究表明,受病原菌侵染的植物体内活性氧的积累与植物抗病性密切相关~([2]).目前关于番茄与番茄白粉病菌互作中活性氧进发与抗病性关系的研究,国内外很少报道.     

植食性昆虫唾液调控昆虫-植物互作的研究进展

在与寄主植物长期共同进化的过程中,为了更好地适应和利用寄主,植食性昆虫进化出了多种取食方式。同时,为了应对植食性昆虫的取食,植物进化出了多种防御策略,包括直接防御和间接防御。在整个昆虫-植物互作过程中,昆虫唾液起着重要作用。一方面,昆虫唾液中一些组分可以被植物识别并诱导植物防御反应;另一方面,昆虫通过分泌唾液到植物中调控寄主防御反应。该文从昆虫-植物互作的角度出发介绍植食性昆虫唾液的成分与功能,着重对昆虫唾液激发子和效应子的研究进展进行了综述,并对未来唾液的研究及其在害虫防治中的应用进行展望。     

重要植物寄生线虫内切葡聚糖酶基因研究进展

 在线虫与植物互作的过程中,降解寄主细胞壁是植物线虫成功建立寄生关系的关键环节。β-1,4-内切葡聚糖酶(β-1,4-endoglucanase,ENG)是由线虫食道腺细胞产生并由口针分泌、对细胞壁降解起关键作用的酶类之一。本文对近年来植物寄生线虫eng基因的克隆、组织定位、表达分析、基因、编码蛋白的结构功能以及ENG来源、进化及在线虫与植物互作中的潜在作用等进行了概述。     

豇豆与锈菌互作中的活性氧代谢研究

 本文分析了不同抗性水平的豇豆(Vigna sesquipdalis Wight)品种与锈菌(Uromyces vignae Barcl)互作中活性氧(ac-tive oxygen species,AOS)的发生、防御酶活性及膜脂过氧化水平的变化规律及其与豇豆抗锈病性的关系。结果表明,在接种后,免疫品种(益农)和感病品种(揭上和金迪)的超氧物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)比活性均升高,且升高幅度都在12 h出现高峰;抗病品种(金山和特青)开始时降低,至12h时回升,在24 h(高抗)和48 h(中抗)出现高峰;在24 h时,免疫和抗病品种的SOD比活性高于感病品种。在接种后12 h内,免疫和抗病品种的过氧化氢酶(catalase,CAT)比活性都下降;而感病品种均上升,并在12 h出现第1个高峰。受锈菌侵染后,豇豆各品种都产生超氧阴离子(superoxide anion,O₂^·),在多数测试时段中,免疫和抗病品种的O₂^·产率净变化值低于感病品种。丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量变化幅度与品种抗性呈负相关,与O₂^·产率的变化趋势基本相吻合。这些结果表明AOS代谢在豇豆与锈菌互作中起重要作用。     

玉米灰斑病抗性机制中活性氧代谢的作用

研究了玉米灰斑病菌侵染四个抗病和感病的玉米品种时，叶片内部活性氧代谢酶及细胞过氧化产物含量的动力学变化。结果表明，抗、感病品种的SOD、CAT及POD酶活性在病茵侵染后都变化显著，抗病品种各酶活性变化幅度比感病品种大。叶片内过氧化产物MDA含量则相反，抗病品种沈试29在接种第13天时叶片MDA含量只为18．46nmol／g，而感病品种铁单9为23．14nmol／g，抗病品种比感病品种增加幅度小。说明活性氧代谢在植物抗病机制中起着重要作用，抗病品种对活性氧代谢的酶调节能力强，病菌侵染后细胞过氧化程度低，在痛菌侵染时活性氧清除酶活性最大增加值与发病程度呈显著正相关。     

拟南芥的抗病信号传导途径

 拟南芥是研究植物与病原物相互作用的模式植物。植物感病和抗病取决于病原物无毒基因产物和寄主抗病基因产物的识别,以及随后的相关防卫反应的激活。在拟南芥的抗病过程中,水杨酸、茉莉酸、乙烯等信号分子都不同程度地参与着抗病过程中的不同环节,起着非常重要的作用。由于这些信号分子在对不同病原菌的抗性中的作用存在差异,因而将抗病信号传导分为依赖于水杨酸和依赖于茉莉酸/乙烯的途径。本文将着重讨论这些信号分子在植物系统获得抗性以及诱导系统抗性中的作用。     

小麦凝集素类受体激酶TaLecRLK1的鉴定及抗锈病功能分析

凝集素类受体激酶(lectin receptor-like kinase, LecRLKs)是一类在植物应答多种生物/非生物胁迫中发挥重要作用的类受体激酶。本研究在小麦与条锈菌互作的转录组中筛选到1个在小麦与条锈菌非亲和互作中显著上调表达的LecRLKs基因TaLecRLK1。该基因全长2 292 bp,编码蛋白含有1个胞外信号肽、B-lectin结构域、PAN＿AP结构域、跨膜域和胞内酪氨酸激酶域。qRT-PCR分析表明：TaLecRLK1在小麦与条锈菌非亲和互作早期诱导表达,在烟草及小麦原生质体中瞬时表达,TaLecRLK1-GFP定位在细胞膜上。利用大麦条纹花叶病毒介导的基因沉默技术(BSMV-VIGS)沉默TaLecRLK1,接种无毒性条锈菌小种CYR23后,沉默叶片表面产生少量夏孢子堆,组织学观察发现沉默植株中条锈菌菌丝长度增长、侵染点附近活性氧积累面积减少;TaPR1、TaPR2、TaPR5的表达受到抑制,TaCAT和TaSOD则被迅速诱导表达。综上所述,TaLecRLK1对小麦抗条锈病起到正调控作用。